Her kan du læse hele det hemmelige notat om, hvordan opgravet materiale fra Kolding Fjord vil dræbe muslinger og ødelægge liv i området ud for Trelde Næs.
Notat til Miljøstyrelsen
Vurdering af modelleringsarbejde gennemført af NIRAS ved Kolding Fjord og Trelde Næs for Marina City Kolding
Udarbejdet af:
Mogens Flindt, Lektor
Syddansk Universitet
Anvendte modelværktøj
Det er til opgaven for effektvurderingen af opgravningen i den indre del af Kolding Fjord og klapningen ved Trelde Næs brugt en blanding af modelværktøjer. Et regnearksværktøj udviklet af NIRAS og Flemming Bo Pedersen er benyttet til at beregne sedimentationsdynamikken ved klapningen på Trelde Næs klappladsen. Der er videre benyttet en MIKE21 model til at simulere både sedimentspredningen i Kolding Fjord ifb. med opgravningsarbejdet og efterfølgende af klapningen ved Trelde Næs. Herunder er der en vurdering af det kombinerede modelsetup.
Regnearksmodellen.
Regnearkmodellen beskriver sedimentet fra det klappes fra prammen indtil det spredes som en ’sedimentpøl’ og aflejres på havbunden. Modellen inkluderer ikke fjernfeltsprocesser eller spredning af det strippede sediment, der afrives fra nærfeltet til det omgivende vand. Endvidere er tabet af sediment under klapningen ikke medtaget i modellen, da de afrevne mængder antages at være små i forhold til de totale mængder. Uafhængigt af nærfeltsberegningerne antages en konstant værdi på 5% af det spildte materiale strippet fra udledningen som overføres til de fjernfelt sedimentsspredningsberegninger, der simuleres i MIKE21. Spildet er sat konstant uafhængigt af partikelstørrelsesfordelingen og densiteter i klapmaterialet, hvilket er problematisk da sedimenter med høj densitet har meget større faldhastighed end fint ler, silt og organisk materiale. Hvis nedsynkningen er eksponeret for havstrøm, så vil sedimenter afrives i langt større mængder og ved mødet med et mere saltholdig (tungere) vandlag eller større vanddybder, så kan sedimentskyens densitet pga. den kontinuerlige opblanding helt neutraliseres (Jensen & Erichsen 2021). Dette øger opholdstiden og dermed risikoen for at spildet øges markant. Litteraturdata viser også at op mod 10% af materialet kan blive strippet fra sedimentplumen, og dette vil være afhængigt af vanddybde, stratifikation af vandsøjlen og strømningsforholdene.
Læs artiklen om, hvorfor Enhedslisten kræver midlertidigt stop for Marina City her:
Modellen har andre indbyggede begrænsninger og den er f.eks. ikke velegnet til at simulere skæbnen af sedimentplumens dynamik i lagdelte vandmasser eller under forhold, hvor strømhastighederne varierer i vandsøjlen, mens materialet sedimenterer. Kraft- og opblandingen-beskrivelsen mellem sedimentet i klapprammen og vandet er også forsimplet. Endvidere er det forudsætningen at bundforholdene er bathymetrisk vandrette på klappladsen, hvilket ikke er tilfældet. Intentionen med denne model er at beskrive aflejring af sedimentet på klappladsen, og den indeholder derfor ikke processer som kræver længere tidsskalaer. Derfor kan modellen ikke beskrive momentane eller efterfølgende resuspensioner, hvilket er en vigtig proces ved effektanalysen af sedimentmobiliseringer på klappladser.
Det værktøj vurderes til beregningsmæssigt at være for begrænset til at anvendes ved store klappladsaktiviteter som denne, hvor 360.000 m3 aflægges på bunden.
MIKE21
DHI’s MIKE 21 hydrodynamiske og transport/dispersion modul med et MT modul (muddertransport) er anvendt til at simulere sedimentspredningen fra opgravningen i Kolding Fjord og klapningensaktiviteten i fjernfeltet ved Trelde Næs klapplads.
I forhold til valg af modelværktøj, er det ikke optimalt at benytte MIKE 21, idet denne ikke har en vertikal opløselighed, hvilket har betydning for en lang række forhold, idet strømningsmønsterne ikke er ens i vandsøjlen, saliniteten varierer og sedimentspildet i vandsøjlen heller ikke er jævnt fordelt over dybden (Flindt et al. 2007). Den simulerede vandmasse i MIKE21-scenarierne repræsenterer en fuldt opblandet vandmasse, som ikke eksisterer, og det er derfor vanskeligt at validere modellens simuleringsakkuratesse. I Bilag 6 præsenteres profilmålinger fra Lillebælt over 2 døgn (Fig. 3.7), som tydeligt viser tendensen med dynamiske lagdelinger, hvilket er ganske normalt i området, og vil udfordre en 2D modelopsætning.
Al natur- og miljøpåvirkning er simuleret som spredningen og sedimentation af 4 partikelstørrelsersklasser: ler, fint-mellem silt, mellem-groft silt og sand, der repræsenterer det afrevne/strippede sediment, enten som en del af graveprocessen i Kolding Fjord eller ved klappladsen. De simulerede sedimentkoncentrationer trækkes ud af modellen, og lysdæmpningen beskrives ved Lambert-Beers lov, hvor lyssvækkelseskoefficienten holdes konstant for de medtagne sediment fraktioner. Dette er ikke korrekt, idet lysspredningen og -svækkelsen er afhængig af partiklernes samlede overflade. Da små partikeler vægtspecifikt har større overflade end større partikler, vil disse også have større lyssvækkelse og -spredning. Lyssvækkelseskoefficienten skal ikke holdes konstant.
Sedimentkoncentrationen i vandsøjlen simuleres under almindelige forhold som en balance mellem resuspension og sedimentation. I dette tilfælde optræder en ekstra punktkilde – klapningen ved Trelde Næs – men beskrivelsen af spredningen af det klappede materiale, er stadig en balance mellem sedimentation og resuspension. Reuspension er imidlertid ikke inkluderet i simuleringerne, hvilket betyder at det sedimentmateriale som på et givent tidspunkt sedimenterer ikke vil blive blive mobiliseret igen ved en resuspensionshændelse. Dette er problematisk, da strømforholdene ved klappladsen er meget varierende, hvorved der vil opstå kritiske bundforskydningsspændinger som vil remobilisere sedimentet fra klapningen. Simuleringsresulaterne bliver derfor for konservative. Resuspension og efterfølgende spredning af aflagt sediment på klappladsen er imidlertid en vigtig tabsprocess, idet meget af sedimentmaterialet er let og finkornet organisk materiale med stort erosions- og spredningspotentiale. Det finkornede organiske materiale eroderes ved strømhastigheder på 10-14 cm s-1 (Lundkvist et al. 2007). Natur- og miljømæssigt vil reuspensionen af det klappede materiale i princippet bidrage til forringede livsvilkår for primærproducenter og filtratorer.
Analyseresultaterne for sedimentkerner taget i de 13 felter i Kolding Fjord viser sediment-kornstørrelsefordeling, massefylde og glødetab (Klapansøgning bilag 1-9). Samtlige analyser fra prøvefelterne viser et højt indhold af fine partikler, hvor ca. 80-95% af sedimentmaterialet er repræsenteret ved kornstørrelser < 63 μm. Den lave densitet og det høje glødetab indikerer et højt organisk indhold med meget lav densitet, hvilket betyder at faldhastighederne er meget små, og at disse partikler derfor kan spredes over lange afstande.
I bilag 6 Tabel 3.2 er der defineret 4 sedimentfraktioner: ler, fint-mellem silt, melle-groft silt og sand. Her mangler den fine organiske fraktion, som er den mest lyssvækkende, og da samtlige sedimentanalyseresultater indikerer finkornet organisk indhold på omkring 10-16%, bør der laves simuleringer af denne fraktion. De fine organiske partikler absorbere lyset, hvilket kan resultere i betragtelige lyssvækkelser i de simulerede sedimentspredningsfaner (Amos et al. 2004, Kuusemäe et al. 2016). Samtlige præsenterede sedimentspredningsfaner er angivet i sedimentkoncentrationer (mg SS/l), hvilket ikke er direkte omsætteligt til reduktionen i lysintensitet. Det anbefales derfor at gennemføre simuleringer med og uden klapning, og derved opnå indsigt i hvor meget vandsøjlen påvirkes, og hvor stor den bentiske lysreduktion er i mol fotoner m-2 klapning-1, da dette kan omsættes til tabt primærproduktion.
Der er stor forskel på om naturen bliver silt/ler/SPOM-belastet (Suspenderet Partikulært Organisk Materiale), når den er i dvale (udenfor vækstsæsonen eller når den er fysiologisk aktiv (i vækstsæsonen). Filtratorer (som muslinger, søpunge, zooplanktion) vil i vækstsæsonen bruge al energi på at rense gællerne for silt og ler, som er uden næringsværdi. De kommer i dette tilfælde på 3 måneders potentiel slankekur, hvilket mange af disse organismer formentlig ikke vil klare ved de relativt højere temperaturer i vækstsæsonen, hvor deres basalstofskifte er højt. Makroalger og ålegræs vil få reduceret lysforholdene ved 1) de fine partikler (organiske og uorganiske) vil absorbere og sprede lyset, 2) der vil ske en sedimentation af fine partikler på algeløvet og ålegræsbladene, som kan indlejres i en epifyt-matrix, og derved får en langtidseffekt! Dette vil specielt få konsekvenser for de ålegræspopulationer som lever i næreden af dybdegrænsen, hvor der ikke er fysiologisk ”rum” til yderligere forværrede lysforhold.
Det er problemmatisk at langtidseffekter af grave- og klapaktiviteterne af efterfølgende resuspensioner af det mobiliserede materiale ikke behandles i rapporten.
Parameterisering af modellerne
I Bilag 6 er Mike21 opsætningen gennemgået mht. valg af konstanter, som kommenteres herunder.
Den hydrodynamiske model 6.1.4
Bed Resistance – er angivet som konstant – Manning er sat til 32 m1/3 s-1. Her kunne man med fordel have valgt en arealspecifik løsning, da der er stor forskel på bundens rughed afhængigt af vegetations- og bundforhold. Kysterne og vegetationsdækningen varierer meget i modelområdet. Her kunne man med indikation fra orthofoto og NOVANA’s vegetationstranssekter have valgt at øge rugheden i områder med bundvegetation, da det har stor betydning for vandets opholdstid i disse områder!
Density – temperaturen og saltindholdet i vandet antages konstant i modelområdet. Dette er ikke tilfældet, idet bundvandet er en del koldere og med højere salinitet end overfladevandet. Problemet er her at der benyttes en MIKE 21, hvor der kun arbejdes med gennemsnitsudtryk.
Wave radiation – effekter af bølger medregnes ikke i modellen. Dette er kritisk, idet orbitale bølgebevægelser ved en specifik bølgehøjde har tilstrækkelig energi til at skabe resuspension. Dette har betydning for skæbnen af spildet. Da klappladsen er på dybere vand vil resuspension formentlig ikke være det store problem ved klapningen. Kolding Fjord er også forholdsvis snæver, men der kan ved vesten-vinde alligevel opstå fetsh-længder på > 4 km. Her kunne der i scenarier testes, hvor stor effekten er med og uden bølge på sedimentspredningen (resuspension/redeposition).
Muddertransportmodul 6.1.6
Parameter selection – der anvendes 1 sedimentlag og 4 sedimentfraktioner. Her er ikke inkluderet det fine organiske materiale, som har lavest faldhastighed og højst lyssvækkelse. Denne pulje bør inddrages i scenarierne.
Settling – densiteten er sat til 2.650 kg m-3. Med baggrund i det høje organiske indhold er densiteten sat for højt.
Density of the Bed layer – her antages densiteten af det sedimenterede materiale at være 1800 kg m-3. Dette er en høj densitet, som repræsenterer sand. Ved højt organisk sedimentindhold er 1200-1500 kg m-3 en mere korrekt størelsesorden.
Morphology – Effekter af morfologiske ændringer grundet erosion, sedimentering og udgravning medtages ikke i modellen. Effekten af udgravningen antages dermed ikke at have nævneværdi betydning for de hydrodynamiske forhold. Ændringer i bathymetriforholdene grundet mindre sedimentationer eller erosioner er ikke et problem, men ved de store afgravninger på lavvandede arealer i den indre del af Kolding Fjord, vil det lokalt ændre den hydrauliske perimeter, og derfor have betydning. Man kunne f.eks. dokumentere, hvor meget den hydrauliske perimeter ændres?
Forcings – påvirkninger fra bølger medtages ikke i modellen. Langt det meste resuspenderede materiale skabes på baggrund af bølgepress i de lavvandede områder, mens en mindre andel skyldes at strømhastighederne overskrider den kritiske bundforskudningsspænding. Det er kritisk at bølgedynamik ikke simuleres i Kolding Fjord, som har udstragte lavvandsområder > 3 meter. Man bør her aktivere resuspensionen i MIKE21-modellen, og dokumenterer, hvor stor effekten er.
Layer thickness – er ikke medtaget – hvorved resuspension ikke er muligt, idet det kommer fra muddermodulets øverste lag !
Beregning af lysdæmpning. 6.2.
Lysdæmpningen beskrives ved Lambart-Beers lov, hvor lyssvækkelseskoefficienten holdes konstant for de medtagne sediment fraktioner. Dette er ikke korrekt, idet lysspredningen og -svækkelsen er afhængig af partiklernes overflade, og da små partikeler vægtspecifikt har større overflade end større partikler holder dette ikke. Endvidere mangler den vigtigste fraktion – fint organisk materiale! Puljen af det fine organiske materiale, dokumenteret i Bilag 1-9, bør inddrages i simuleringerne, da dette vil resulterer i mere arealspecifik lyssvækkelse, og da denne fraktion har meget længere opholdstid i vandsøjlen vil miljøeffekten også blive større.
Anbefaling.
Når der ansøges om store grave- og klapaktiviteter er det vigtigt, at det anvendte modelgrundlag er optimalt, idet formålet med scenarierne er at afsøge størrelsen af natur- og miljøkonsekvenserne af afgravnings- og klapaktiviteterne, og om disse eventuelt kan minimeres.
Det er ikke min vurdering, at dette er opnået med de anvendte simuleringsværktøjer. Det er min vurdering at en Mike3 modelopsætning med et koblet sedimentspredningsmodul og Ecolab bedre havde synliggjort potentielle miljø- og natur-påvirkninger, idet der er den nødvendige vertikale opløslighed, hvorved strømningsmønstre og lagdelinger af vandsøjlen kan simuleres, hvilket påvirker spredningen af sedimenter fra både graveprocessen og klapninger. Ecolab-modulet indeholder desuden tilstandsvariable samt vækst og tabsprocesser for primærproducenterne: fytoplankton, opportunistiske makroalger, flerårige makroalger, ålegræs og bentiske kiselalger, som vækstmæssigt vil påvirkes af det mere turbide vand, som grave- og klapaktiviteterne medfører. Ecolab-modulet indeholder også filtrerende dyr så som zooplankton og muslinger, der som nævnt også påvirkes af længere perioder med høje sedimentkoncentrationer.
Jeg mener ikke at NIRAS med de beskrevne modelbegrænsninger leverer en tilstrækkeligt fagligt dokumenteret udredning af natur- og miljøkonsekvenserne af gravearbejdet i Kolding Fjord og klapningen ved Trelde Næs.
Der kan dog opnås en betydelig bedre miljøeffektvurdering af sedimentspredningen ved både gravearbejder i Kolding Fjord og på klappladsen ved Trelde Næs med anvendelse af den eksisterende MIKE21 opsætning. Her bør modelleringen genkøres med understående modelkorrektioner.
Nødvendige forbedringer som vil give bedre miljøeffektsignaler:
1) Den finkornede organiske fraktion skal inkluderet i modelarbejdet. Dette vil give mere korrekte resultater for lyssvækkelsen både i Kolding Fjord og Trelde Næs.
2) Som tidligere argumenteret bør også momentan og efterfølgende resuspensioner inddrages i modelleringen. Resuspensionsprocessen findes allerede i MIKE21, og kan umiddelbart aktiveres. Resuspension opstår når den fysiske kraft (bølger+stræmhastighed (N m-2 s-1 eller Pascal) overstiger den kritiske bundforskudningsspænding (Tau-krit). (Flindt et al. 2016, Canal-Verges et al. 2016)
3) Det er vigtigt at få synliggjort, hvor lange perioder der opstår med kritisk lyssvækkelse. Dette kan opnås ved at udtrække SS i tidserier og med kendt lyssvækkelseskoefficeienter beregne den akkumulerede arealspecifikke lyssvækkelse målt som mol fotoner m-2 i simuleringsperioder med og uden gravning/klapning (Flindt et al. 2016). 4) Da der er massebevarelse i modellen kan man opstille en 2D-massebalance for sedimenteret materiale. Dette sikrer miljøkonsekvensvurderingen i forhold til vurderingen af effekter på filtrerende organismer og potentielle effekter af sedimentafsætning på makroalger og ålegræs i områderne.
5) Endeligt bør man genvurdere parametersætningen i den eksisterende MIKE21-opsætning i forhold til ovennævnte parametre.
Konklusion
Gennemføres overnævnte MIKE21-modeljusteringer og dokumenteres det, at miljøeffekterne af disse simuleringsresultater er beherskede, mener jeg det er forsvarligt at grave- og klapaktiviteterne foregår udenfor vækstsæsonen (1. oktober- 31. marts), hvor konsekvenserne for dyre- og plantesamfundene er mindre følsomme. Det valgte modelsetup (regnearksmodel+MIKE21) kan imidlertid ikke på et tilstrækkeligt fagligt grundlag understøtte en meget mere kompleks miljø- og natur-effektanalyse i vækstsæsonen. Her er det nødvendigt at have integreret et økologimodul i en 3D modelopsætning.
Med Venlig Hilsen
Mogens Flindt
Lektor på Biologisk Insitut, SDU
Referencer
Amos, C., Cappucci, S., Bergamasco, A., Umgiesser G., Bonardi, M., Cloutier, D., Flindt, M.R., De Nat, L. &Cristante, S. 2004. The stability of tidal flats in Venice Lagoon – the results of in situ measurements using two benthic annular flumes. Journal of Marine Systems, Volume 51, Issues 1-4, November 2004, Pages 211-241.
Canal-Vergés, P., Petersen, J.K, Rasmussen, E.K., Erichsen, A., & M.R. Flindt. 2016. Validating GIS tool to assess eelgrass potential recovery in the Limfjorden (Denmark). Ecological Modelling, Vol 338: 135-148.
Flindt, M.R., Lundkvist, M. & Pedersen, C.B. 2007. Retablering af ålegræs i fjorde. Vand & Jord. Vol. 3: 105-108.
Flindt, M.R., Rasmussen, E.K, Valdemarsen, T., Erichsen, A., Kaas, H. & P. Canal-Vergés. 2016. Using a GIS-tool to evaluate potential eelgrass reestablishment in estuaries. Ecological Modelling, Vol 338: 122-134.
Jensen, J.H. & Erichsen, A.C. 2021. Sedimentspredning ved marine gravearbejder. Vand & Jord. Vol 1. 23-26.
Kuusemäe, K., Rasmussen, E.K., Vergés P.C. & M.R. Flindt. 2016. Modelling stressors on the eelgrass recovery process in two Danish estuaries. Ecological Modelling, Vol. 333: 11-42.
Lundkvist, M., Grue, M., Friend. P. & Flindt, M.R. 2007. The relative contributions of physical and microbiological factors to cohesive sediment stability. Continental Shelf Research 27: 1143-1152.